Construccion de Un Vertedero

Universidad de Oriente Núcleo de Anzoátegui Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Departamento de Ingeniería Civil Cátedra: Ingeniería de Ríos  Áreas de Grado

Construcción de un vertedero trapezoidal

Profesor: Pinto, Blas O. Sección 20.

Bachiller: Alcalá, Rafael C.I. 20.126.109 Farías, José. C.I. Guedez, José. C.I. 20.915.835 Márquez, Leonardo C.I. 20.154.204 Monasterios, Anyelo. C.I. 20.535.970 Porras, Irina C.I. 20.340.340 Ramos, José. C.I. 19.537.910 Rojas, Carlos. C.I. 25.055.171 Romero, Jesús. C.I. 20.347.342 Yegrez, Hernán C.I. 20.576.053 Verde, Enmanuel. C.I. 21.012.550

Barcelona, julio de 2014

Vertedero Trapezoidal

Índice Introducción .............................................................................................................................. 3 Objetivos ................................................................................................................................... 4 Marco teórico............................................................................................................................ 5 Materiales y equipos ................................................................................................................. 7 Procedimiento experimental .................................................................................................... 8 Resultados ............................................................................................................................... 10 Conclusiones ........................................................................................................................... 11

 Apéndice  ................................................................................................................................

12

Formulas y nomenclatura ....................................................................................................... 13 Esquema del vertedero ........................................................................................................... 14 Muestra de calculos ................................................................................................................ 15

 Anexos  ...................................................................................................................................

16

Bibliografía .............................................................................................................................. 17

2

Vertedero Trapezoidal

Introducción Un vertedero trapezoidal es una pared con forma trapecial (4:1) que intercepta la corriente o fluido que se desplaza por un canal, por una zanja, por una quebrada o un río, causando una elevación del nivel del fluido aguas arriba, y que se emplea para controlar el nivel y medir el caudal. El punto o arista más bajo de la pared en contacto con la lámina vertiente, se conoce como cresta del vertedero; el desnivel entre la superficie libre, aguas arriba del vertedero y su cresta, se conoce como carga. En la ingeniería civil, es importante la utilización de vertederos, ya sea como estructura de control de aprovechamientos hidráulicos o bien como estructura para la medición de caudales en obras de saneamiento, para tener un control de ello. Su aplicación es muy difundida y una de las razones es porque permiten tener un adecuado control del caudal por encima de su cresta siendo necesario únicamente medir una variable que es el tirante sobre dicha cresta. En el presente informe se detallará el proceso constructivo de un vertedero trapecial en el canal de la Universidad de Oriente, donde posteriormente se determinará su caudal y así ser comparado mediante valores tabulados de gasto

3

Vertedero Trapezoidal

Objetivos General 

Medir el caudal del canal de la Universidad de Oriente Núcleo de  Anzoátegui, mediante una estructura de aforo

Específicos 

 

Construir e instalar un vertedero trapecial de Cipoletti en el canal en estudio Medir el caudal que pasa por el vertedero trapezoidal Comparar el caudal obtenido mediante el vertedero trapecial con las tablas de cálculo tabuladas

4

Vertedero Trapezoidal

Marco teórico El vertedero hidráulico o aliviadero, es una estructura hidráulica destinada a permitir el paso, libre o controlado, del agua en los escurrimientos superficiales, siendo el aliviadero en exclusiva para el desagüe y no para la medición. Existen diversos tipos, según la forma y uso que se haga de ellos, a veces de forma controlada y otras veces como medida de seguridad en caso de tormentas en presas. Los vertederos se utilizan para contralar el nivel de agua (vertederos de presa) o para la medición de caudales (vertederos de medida), estos funcionan como una pared rectangular (de chapa ladrillo, hormigón, tablones de madera, etc.) que intercepta la corriente causando elevaciones en el nivel de aguas arribas Según su forma, los vertederos pueden ser:   Triangulares   Rectangulares   Trapezoidales

  

Vertedero cipotelli o trapezoidal. El Ingeniero Cipoletti propuso un vertedero para eliminar la corrección y longitud efectiva de la cresta. Este vertedero trapezoidal tiene los bordes con una inclinaci6n de 4 cm. verticales a 1 cm. horizontal. La instalación del vertedero trapezoidal debe seguir las mismas normas como para los vertederos. Siempre H debe ser mayor de los 6 cm. y debe seleccionarse las dimensiones de manera que H es menor que L/3. Este vertedero es de construcción más dificultosa que el rectangular o el triangular, y no ofrece ventajas significativas que lo hagan destacar, razón por la cual es menos utilizado que los anteriores. Para el cálculo del gasto se utiliza, entre otras, la formula empírica de Francis:

5

Vertedero Trapezoidal



         

Donde Q=Gasto (L/s) L=Largo de la cresta (m) H=Carga de agua (cm)

Condiciones que deben reunir los vertederos de aforo:    

 

El umbral debe ser perfectamente horizontal La altura del umbral debe ser mayor a 2 H La longitud L debe ser mayor a 3H El tramo del cauce aguas arriba debe ser recto en una longitud mayor a 10L. Pendiente uniforme y casi nula La velocidad de llegada al vertedero deberá ser menor a 0.15 m/s

6

Vertedero Trapezoidal

Materiales y equipos



1 tablero de MDF (2,44x2,20) de espesor 12mm 4 puntales de MDF 2 Listones de MDF Martillo



Tornillos Ø 1 ¼”

  

  

Sierra marca Cinta métrica marca Stanley de 5m. Apreciación 0,001 m Lima de carpintería

7

Vertedero Trapezoidal

1. 2.

Procedimiento experimental Se cortó la tabla de MDF con la sierra en forma de rectángulo, resultando las medidas de 1,45x2,44m. Se seleccionó una altura de coronamiento igual a 1m y para un caudal máximo de 166 (L/s) se obtuvo H=0,20m en la tabla A2.2. “ Relación

caudal altura para un vertedero trapecial de Cipoletti” 3. Se comprobó la altura de coronamiento, la cual debe ser ≥ 2H.  Altura de coronamiento (1m) ≥ 2x0,20m= 0,40m OK!

4. Se determinó la distancia entre la regla de aforo y el vertedero Distancia regla de aforo ≥ 4H = 4x0,20= 0,80m

5. Se comprobó la cota del 0 en la regla del aforo 6. Se marcaron en la lámina de MDF, las inclinaciones del vertedero (4:1) (v:h). L=1m, H=0,80m, X=0,20m 7. Posteriormente se cortó el tablero con una sierra, quedando la abertura central del vertedero. 8. Se cortaron listones, puntales con los cuales se reforzó el tablero por medio de tornillos. Instalación de la estructura 1. Se excavó con un pico una zanja perpendicular al eje del canal, tanto en el lecho como en sus márgenes 2. Luego, se encajó la estructura en la zanja hasta penetrar aproximadamente 25cm en los márgenes del canal. Se tomó en cuenta que el agua tenía que rebosar una medida cualquiera obteniendo una altura determinada desde el fondo del canal hasta el coronamiento. 3. Después colocó la estructura (vertedero) y se rellenó la zanja con arena y piedras para luego compactarlas, impidiendo así el desborde del agua.

8

Vertedero Trapezoidal

Calculo del caudal 1. Una vez instalado el vertedero, se esperó un tiempo prudencial para que se formara la cresta de agua que rebosara el vertedero y se midió la longitud desde el fondo del canal hasta el coronamiento del vertedero 2. Luego con esa misma medida, con ayuda de un liston de madera, se midió H a cierta distancia aguas arriba del vertedero 3. Finalmente, con el dato de H se calculó el caudal del canal y se comparó con el caudal asumido en las tablas

9

Vertedero Trapezoidal

Resultados

Datos L= 1m H= 10cm= 0,10 m

Calculo del caudal       

  

   

Q= 0,058 m3 /s = 58 L/s

Caudal tabulado Con longitud de coronamiento =1m y altura H=0,1m en la tabla A.2.2. “Relación caudal -altura para un vertedero trapecial de Cipoletti ” se obtiene un caudal de 59 L/S

10

Vertedero Trapezoidal

Conclusiones y recomendaciones Para la construcción del vertedero se tomaron en cuenta varias consideraciones: 1. La longitud del coronamiento fue de 1m 2. El caudal aproximado del canal se estimó en una experiencia anterior mediante el método de los flotadores 3. con los datos anteriores se obtuvo H=0,20m 4. Se cuidó de respetar las dimensiones establecidas para la construcción del vertedero trapezoidal (2h para la altura del coronamiento y 4h para la inclinación) 5. Una vez instalado el vertedero se esperó un tiempo considerable para que se formara la cresta aguas arriba. 6. Según el gasto calculado a través de la formula empírica del vertedero se tuvo una diferencia de 1 L/s en comparación con los caudales tabulados, por tanto se puede decir que las tablas son una herramienta de gran ayuda para determinar rápidamente el caudal de un canal. Recomendaciones 





Colocar refuerzos adicionales en el medio del vertedero para evitar que las fuerzas hidrostáticas y de empuje del agua deformen el vertedero y colapse (se rompa) Realizar el ensayo en un canal de aguas blancas ya que se dificulta el acceso y la movilidad por tratarse de un canal de aguas servidas Utilizar vestimenta y calzado apropiado para realizar el ensayo, pues el sector donde se encuentra el canal (Detrás del decanato) es una zona boscosa y con pendientes fuertes.

11

Vertedero Trapezoidal

 Apéndice

12

Vertedero Trapezoidal

Formulas y nomenclatura Formula empírica de Francis para cálculo de caudal por vertedero trapezoidal o Cipoletti

          

   

Donde Q=Gasto (m3/s) L=Largo de la cresta (m) H=Carga de agua (m)

13

Vertedero Trapezoidal

Esquema del vertedero

14

Vertedero Trapezoidal

Muestra de cálculos

Datos L= 1m H= 0,10m

Calculo del caudal 

        

Q= 0,058 m 3 /s = 58 L/s

15

Vertedero Trapezoidal

 Anexos

16

Vertedero Trapezoidal

Bibliografía Internet 





Universidad del Cauca. Departamento de hidráulica: vertederos. Disponible en http://artemisa.unicauca.edu.co/~hdulica/2_vertederos.pdf. Consultado el 01-07-2014 Universidad Nacional de Colombia. Vertedero trapezoidal. Disponible en http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/palmira/5000117/contenid o/cap5/lec5_2.htm. Consultado el 01-07-2014 Vertedero trapezoidal. Disponible en http://es.wikipedia.org/wiki/Vertedero_de_pared_delgada. Consultado el 01-07-2014

 Apuntes de clase tópicos especiales de Hidráulica (2014). Prof. Blas Pinto Guía: Cálculos de caudales por vertederos. Cátedra: Ingeniería de Ríos.  Áreas de grado. Prof.: Blas Pinto.

17